进化生物学家发现一些蜥蜴能够在水下呼吸的原因

2021年05月14日 09:36 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,来自多伦多大学的一个进化生物学家团队的研究表明,安乐蜥能够借助附着在其鼻子上的一个“气泡”在水下呼吸。安乐蜥是一个多样化的蜥蜴群体,在整个热带美洲地区都有发现。一些安乐蜥是溪流专家,这些半水生物种经常潜入水下以躲避捕食者,它们可以在水下停留长达18分钟。

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多伦多大学生态与进化生物学系(EEB)的理科硕士毕业生Chris Boccia说:"我们发现,半水生安乐蜥将空气呼入一个气泡,这个气泡附着在它们的皮肤上。Boccia是本周发表在《当代生物学》上的一篇描述这一发现的论文的主要作者。

"蜥蜴然后重新吸入空气,"Boccia说,"我们根据潜水技术将这种操作称为'再呼吸'。"研究人员测量了气泡中空气的氧气含量,发现它随着时间的推移而减少,证实了‘再呼吸’气参与了呼吸作用。

“再呼吸”很可能是由于能够在水下停留更长的时间,增加了蜥蜴躲避捕食者的机会而进化的。

作者研究了六种半水生安乐蜥,发现所有的安乐蜥都拥有再呼吸的特征,尽管大多数物种都是远亲。虽然对水生节肢动物如水甲虫的再呼吸进行了广泛的研究,但由于节肢动物和脊椎动物之间的生理差异,它在蜥蜴中并不被预期。

"再呼吸从未被认为是脊椎动物水下呼吸的一种潜在自然机制,"EEB副教授、Boccia的论文导师Luke Mahler说。"但是我们的工作表明,这是可能的,而且在使用水生栖息地的物种中,安乐蜥已经反复部署了这种策略。"

Mahler和来自堪萨斯大学的合著者Richard Glor于2009年首次在海地观察到安乐蜥的呼吸,但未能进行进一步的观察或实验。另一位合著者,来自纽约州立大学宾汉姆顿大学的Lindsey Swierk,于2019年在哥斯达黎加的一个物种中描述了同样的行为。这些早期的观察表明,“再呼吸”是对潜水的一种适应,但这个想法直到现在还没有得到检验。

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Boccia在巴拿马遇到水生安乐蜥后,对其产生了兴趣。他于2017年在哥斯达黎加开始了他的“再呼吸”调查,并在哥伦比亚和墨西哥继续研究。

正如作者所指出的,“再呼吸”的特性可能是由于安乐蜥的皮肤是疏水的--这一特性很可能在安乐蜥身上进化出来,因为它可以保护它们免受雨水和寄生虫的侵害。在水下,气泡附着在疏水的皮肤上,利用这些气泡进行呼吸的能力因此而发展。

虽然还需要进一步的工作来了解这一过程的细节,但Boccia、 Mahler和他们的同事提出了“再呼吸”可能发挥作用的不同方式。

在其最简单的形式中,蜥蜴鼻子上的气泡可能像一个水肺罐,除了肺部的空气外,还为淹没的动物提供了空气供应。这就是水生节肢动物如水甲虫所做的,以延长它们可以保持在水下的时间。研究人员还认为,“再呼吸”过程可能有利于利用在蜥蜴的鼻腔、口腔和气管中发现的空气,否则这些空气不会被蜥蜴用于呼吸。

该气泡还可能通过其他研究人员已经在水生节肢动物中观察到的过程,帮助排出呼出空气中的废弃二氧化碳。这些研究认为,由于二氧化碳在水中的溶解度很高,而且气泡中的二氧化碳含量高于周围的水,所以呼出的二氧化碳会溶解到周围的水中,而不是被重新吸入。

最后,作者推测,气泡可能作为一个鳃,从水中吸收氧气--这也是已经在节肢动物中观察到的。Boccia和Mahler正在计划进一步的研究,以确认这些再呼吸过程是否发生在安乐蜥身上。

据Mahler说:“这项工作丰富了我们对生物体迎接其环境所带来的挑战的创造性和意外的方式的理解。这本身就很有价值,但是像这样的发现对人类来说也很有价值,因为我们正在寻求解决我们自己的挑战性问题。”

“现在判断蜥蜴的再呼吸是否会导致任何特定的人类创新还为时过早,”Boccia说,“但是再呼吸的生物模仿可能是几个领域的有趣提议--包括潜水再呼吸技术,这促使我们对这一现象进行命名。”

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